Für viele Biologiestudenten bleibt ein bestimmter Vortrag lange im Gedächtnis: Ein parasitärer Pilz befällt eine Ameise und dringt in ihr Gehirn ein. Das Opfer taumelt umher, beißt sich an einem Blatt fest und stirbt. Der Pilz nutzt den toten Körper als Nahrung und wächst aus dem Kopf der Ameise. Ein Team von Biologen um David Hughes von der Pennsylvania State University hat dieses Phänomen genauer untersucht und neue Erkenntnisse gewonnen.
Zerstörung der Muskulatur durch den Pilz
In einer Studie, die in "BMC Ecology" veröffentlicht wurde, analysierten die Forscher die Zerstörung der Ameisenmuskulatur durch den Pilz. Sie untersuchten befallene Ameisen im Elektronenmikroskop und beobachteten ihr Verhalten im Regenwald von Thailand. Die Biologen stellten fest, dass der wachsende Pilz die Muskulatur der Ameisen zerstört. Dies führt dazu, dass die Ameisen sich in Bodennähe aufhalten, wo es kühler und feuchter ist - ideale Wachstumsbedingungen für den Pilz.
Auch der sogenannte Todesbiss, bei dem sich die Ameise an einem Blatt festbeißt, wird durch Veränderungen der Muskulatur verursacht. Der Pilz beschädigt die Kiefermuskulatur so stark, dass die Tiere keine Kraft mehr haben, sich vom Blatt zu lösen. So bleiben sie auch nach ihrem Tod an der Unterseite der Blätter festgebissen, während der Pilz aus ihnen herauswächst, um neue Opfer für seine Sporen zu finden.
Manipulation des Verhaltens
Der Pilz Ophiocordyceps manipuliert das Gehirn der Ameisen und greift in ihr Verhalten ein. Ist die infizierte Ameise auf einem Baum und nagt an Blättern, schnappen die Mundwerkzeuge zu und bleiben für immer geschlossen. Charissa de Bekker und Kollegen von der Pennsylvania State University haben eine "Foraging Arena" im Labor nachgebaut und verschiedene Rossameisen-Arten der Gattung Camponotus unter kontrollierten Bedingungen mit dem Pilz infiziert.
Die Ergebnisse zeigten, dass Ophiocordyceps auch Ameisenarten tötet, denen er in der Natur nicht begegnet. Die Kontrolle über die Mandibeln des Wirts funktioniert jedoch nur bei Arten, die auch in der Natur zusammen vorkommen und eine lange gemeinsame Evolution hinter sich haben. Der Pilz kann beispielsweise das Verhalten von C. castaneus problemlos manipulieren, aber nicht das der nahe verwandten Art C. pennsylvanicus, die man in freier Wildbahn nicht zusammen mit Ophiocordyceps antrifft.
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Die Forscher versuchten auch, über einen Metabolomics-Ansatz auf die molekulare Ebene zu gelangen. Sie konnten zwar zeigen, dass sich die metabolischen Profile unterscheiden, je nachdem, ob der Todesbiss ausgelöst wurde oder nicht, aber es gelang nicht, die entscheidenden Botenstoffe zu identifizieren. Die besten Kandidaten sind den Autoren zufolge Guanidinobuttersäure (GBA) und Sphingosin. Um jedoch zu beweisen, dass diese Substanzen für die Verhaltensmanipulation notwendig und ausreichend sind, müsste man den Todesbiss durch Injektion der Schlüsselsubstanzen auslösen können. Dieses Experiment gelang jedoch nicht.
Der Kreislauf des Grauens
Ophiocordyceps unilateralis ist ein parasitärer Pilz, der Ameisen befällt, insbesondere die Rossameise Camponotus leonardi im Urwald Thailands. Die Ameisenkolonien befinden sich auf Bäumen in etwa 25 Metern Höhe. Die Insekten nehmen die Sporen unwissentlich auf. Ein Enzym hilft dem Pilz, sich durch den Panzer der Ameise zu fressen. Die Pilzhyphen dringen dann bis zum Gehirn der Ameise vor.
Nach einer Inkubationszeit von etwa zwei Tagen verlässt die Ameise ihre Kolonie. Sie scheint zu ahnen, dass etwas mit ihr nicht stimmt. Mit ihren Fühlern tastet sie sich ab und versucht vergeblich, den Besatzer abzustreifen. Der Pilz bringt die Ameise dazu, an einer Pflanze hochzuklettern und sich an der Unterseite eines Blattes festzubeißen, wo die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen für den Pilz optimal sind.
Der Pilz beginnt dann, die Ameise von innen aufzufressen. Er verdaut die Organe, während der Panzer als Schutz dient. Hinter dem Kopf wächst allmählich ein Stängel aus dem Körper des Insekts, an dessen Ende sich ein Fruchtkörper befindet. Dieser lässt frische Sporen herabregnen, die neue Ameisen infizieren, die am Boden Nahrung sammeln.
Anpassung an das Klima
Ein Forschungsteam um David P. Hughes hat herausgefunden, dass das Klima eine entscheidende Rolle bei der Manipulation der Ameisen spielt. In den Tropen steuern die Zombie-Ameisen zielstrebig auf Blätter zu, während sie in den gemäßigten Breiten Zweige und Rinde wählen, um sich festzubeißen.
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Die Erklärung dafür ist, dass es in den Tropen immergrüne Bäume gibt, während die Bäume in den gemäßigten Regionen im Herbst ihre Blätter verlieren. Zu dieser Jahreszeit würden die Insekten mit den Blättern zu Boden fallen, was für die Pilze fatal wäre. Genetische Untersuchungen legen nahe, dass die älteren Arten ihre Opfer durchweg zu Blättern schicken, während Zweige als Ziel erst später hinzugekommen sind.
Fossilfunde stützen diese These: Eine 47 Millionen Jahre alte, konservierte Zombie-Ameise aus Deutschland fand ihren Tod festgebissen an einem Blatt. Als sich das Klima abkühlte, veränderte sich die Vegetation, und es entstanden die typischen Wälder der gemäßigten Breiten. Pilze, die sich daran nicht anpassten, konnten sich nicht mehr so gut vermehren. Dies führte zu einem Selektionsdruck, der die Parasiten dazu veranlasste, ihre Manipulationsstrategien zu verändern.
Der Zombie-Pilz in der Popkultur
Der Cordyceps-Pilz hat es sogar in die Popkultur geschafft. In der Serie "The Last of Us" infiziert der Zombie-Pilz Cordyceps die Menschen und verwandelt sie in fremdgesteuerte Monster. Die Serie basiert auf einer gleichnamigen Videospiel-Reihe und spielt in einer postapokalyptischen Welt, in der die meisten Menschen einem Zombie-Pilz zum Opfer gefallen sind.
Doch wie realistisch ist es, dass der Cordyceps auch Menschen befällt? Die Biologin Ann Mayo von der Longwood-Universität in den USA erklärt, dass Cordyceps-Pilze auf bestimmte Spezies spezialisiert sind und keine Säugetiere befallen können. Einige Cordyceps-Arten befallen zwar auch andere Insekten, aber für Menschen ist der Zombiepilz keine Gefahr.
Weitere Parasiten mit ähnlichen Strategien
Ophiocordyceps unilateralis ist nicht der einzige Parasit, der sich solcher Hacking-Methoden bedient. Es gibt diverse Parasiten, die in den Körper ihrer Opfer eindringen und sie zu Zombies machen.
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- Toxoplasma gondii: Dieser Parasit vermehrt sich mit Vorliebe im Verdauungstrakt von Hauskatzen. Mäuse, die mit T. gondii infiziert sind, verlieren ihre Scheu vor Katzen und werden so zu leichter Beute. Etwa ein Drittel der Menschheit ist ebenfalls mit T. gondii infiziert.
- Saitenwürmer (Nematomorpha): Diese kleinen Tiere befallen Heuschrecken und andere Insekten und bringen sie dazu, ins Wasser zu gehen. Die Forscher vermuten, dass die Saitenwürmer ein Protein absondern, welches das zentrale Nervensystem des Wirtes beeinflusst.
- Buckelfliegen: Die Larven dieser Fliegen fressen das Gehirn von Feuerameisen, sodass die Ameisen wie Zombies ziellos in der Gegend umherstreifen. Die Fliegen enthaupten ihren Wirt schließlich und verlassen den abgetrennten Kopf.
- Kleiner Leberegel (Dicrocoelium dendriticum): Dieser Parasit zwingt Ameisen, an die Spitze eines Grashalms zu krabbeln und dort auf den Tod zu warten, um von einem grasenden Tier gefressen zu werden.
- Marienkäfer-Brackwespe (Dinocampus cocinellae): Diese Wespe legt ein Ei in den Körper eines Marienkäfers. Die daraus schlüpfende Larve entwickelt sich in seinem Inneren und spinnt dann einen Kokon zwischen den Beinen des Käfers. Der Käfer bleibt am Leben und beschützt den Kokon vor Feinden.
Gefährliche Pilzerreger auf dem Vormarsch
Obwohl der Zombie-Pilz Ophiocordyceps für Menschen keine Gefahr darstellt, warnen Fachleute vor gefährlichen Pilzerregern, die weltweit auf dem Vormarsch sind. Diese Pilze können die Lunge zerfressen, das Gewebe vergiften und das Gehirn erobern.
Ein Beispiel dafür ist der Pilz Candida auris, der 2009 in Japan entdeckt wurde und viele Bereiche des Körpers befallen kann. Bis zu 60 Prozent der Infektionen enden tödlich. Neben C. auris hat die WHO noch drei andere Pilz-Erreger als besonders gefährlich eingestuft: Cryptococcus neoformans, Aspergillus fumigatus und Candida albicans.